ओ.बी.टी. ज्ञान कक्ष: गैस टर्बाइन

मूल बातें

"गैस टर्बाइन शब्दावली" (GB/T 15135-2018) के अनुसार, एक गैस टर्बाइन एक निरंतर प्रवाह घूर्णन मशीन (एकल मशीन) है जो तापीय ऊर्जा को यांत्रिक कार्य में परिवर्तित करती है, जिसमें संपीड़क, कार्यकारी द्रव को गर्म करने के लिए उपकरण (जैसे दहन कक्ष), एक टर्बाइन, एक नियंत्रण प्रणाली और सहायक उपकरण शामिल हैं।

औद्योगिक गैस टर्बाइन इंजन, आमतौर पर गैस टर्बाइन या टर्बाइन, औद्योगिक गैस इंजन के रूप में संदर्भित, वास्तव में विमानन टर्बाइन गैस इंजन (विमानन इंजन के रूप में संदर्भित) के समान ही चीज़ है, लेकिन अनुप्रयोग परिदृश्यों में थोड़ा अंतर होता है। यह उच्च दाब वाली गैस को दहन कक्ष में संपीड़ित करता है, और रासायनिक ऊर्जा की प्रतिक्रिया के माध्यम से, एक टर्बाइन के माध्यम से रासायनिक ऊर्जा को यांत्रिक कार्य में परिवर्तित करता है (टर्बाइन का अनुवाद)।

एक ऊर्जा परिवर्तन यंत्र के रूप में, गैस टर्बाइन एक हवाई जहाज़ की ड्राइवर जो आकाश में उड़ते समय प्रोपेलर के लिए यान्त्रिक ऊर्जा उत्पन्न करने के लिए विमान के पेट्रोल को बदलता है; भूमि पर उपयोग की गई गैस टर्बाइन प्राकृतिक गैस और तेल को जनरेटर के लिए यान्त्रिक ऊर्जा में बदलती है।

बخار टर्बाइन, आंतरिक दहन इंजन, और गैस टर्बाइन सबसे पहले युद्धपोतों के लिए विकसित किए गए थे। पहले विश्व युद्ध से पहले बخار टर्बाइन का उपयोग किया गया था, प्रथम और द्वितीय विश्व युद्ध के दौरान आंतरिक दहन इंजन का उपयोग किया गया था, और युद्धपोतों के लिए गैस टर्बाइन का विकास प्रथम विश्व युद्ध के बाद हुआ। ये हवाई इंजनों से संशोधित किए गए थे और मुख्य रूप से बड़े सतही जहाजों पर उपयोग किए जाते थे।

गैस टर्बाइन कई विशेषताओं से संबद्ध हैं:

पहले, सैद्धांतिक ऊर्जा परिवर्तन की दक्षता 88% तक पहुंच सकती है, जो अभी तक विश्व में ऊर्जा परिवर्तन की सबसे उच्च दक्षता वाला उपकरण है। ईंधन सेलों को 90% की परिवर्तन दक्षता प्राप्त करने की क्षमता है कहा जाता है, लेकिन वे अभी तक पूरी तरह से व्यापारिक रूप से उपलब्ध नहीं हैं; ज्वालामुखीय इंजनों की सैद्धांतिक ऊर्जा परिवर्तन दक्षता 88% है, जिसे दशकों से परीक्षण किया गया है।

दूसरे, गैस टर्बाइनों का ज्वालामुखीयापन अपेक्षाकृत अधिक होता है और हानिकारक गैसों का उत्सर्जन अपेक्षाकृत कम होता है।

तीसरे, बिजली का घनत्व अपेक्षाकृत बड़ा होता है। कंटेनर के आकार की एकल मशीन से एक नष्ट्रवर्ती जहाज को ऊर्जा प्रदान की जा सकती है; दो कंटेनर लगभग एक जिले के लोगों के लिए घरेलू बिजली की आवश्यकता पूरी कर सकते हैं। भाप टर्बाइन बहुत बड़ी होती है, जैसे 10 मेगावाट से अधिक क्षमता वाले डीजल इंजन और आंतरिक दहन इंजन, जो आमतौर पर लाखों किलोग्राम वजन वाली और दस हाथ ऊंची बड़ी मशीनें होती हैं।

चौथे, गैस टर्बाइन आंतरिक दहन इंजन की तरह नहीं होती है, जो स्ट्रोक-टाइप होती है, और 4 स्ट्रोकों में एक बार काम करती है। गैस टर्बाइन लगातार काम करती है, और टर्बाइन एक वोर्टेक्स लाइन है। यह सबसे उच्च ऊर्जा परिवर्तन क्षमता वाला ऊष्मीय इंजन उपकरण है, जो रासायनिक ऊर्जा को ऊष्मीय और यांत्रिक ऊर्जा में परिवर्तित करता है।

1970 के दशक में, गैस टर्बाइन अमेरिकी तेल उद्योग में प्रवेश की, जिससे उद्योगिक गैस टर्बाइन का जन्म हुआ। विमान इंजनों की आवश्यकता अपेक्षाकृत उच्च प्रदर्शन की होती है, वे अपेक्षाकृत जटिल होते हैं, और उनकी अपेक्षाकृत छोटी उम्र होती है; उद्योगिक इंजनों को भार कम करने की आवश्यकता नहीं होती, वे बहुत मजबूत बनाए जाते हैं, और उनकी अपेक्षाकृत लंबी उम्र की आवश्यकता होती है। 1980 के दशक के आसपास, प्राकृतिक गैस के विकास के साथ, यह विद्युत उद्योग में प्रवेश किया।

द्वितीय विश्व युद्ध के बाद, संयुक्त राज्य अमेरिका का तकनीकी स्तर बहुत अधिक नहीं था। सबसे पहली खरीद इटली की कंपनियों की थी, जो यूरोप में घूर्णन उपकरणों की पूंजी है। विशिष्ट ब्रिटिश कंपनी रॉल्स-रॉयस है, जो विमानन इंजन बनाती है। सामान्यतः, कंपनियाँ जो विमानन इंजन बनाती हैं, वे गैस टर्बाइन भी बनाएंगी। जर्मनी की साइमेंस ने यूरोप भर में कंपनियों का अधिग्रहण किया और रॉल्स-रॉयस के विमानन संशोधन का भी अधिग्रहण किया। रूस के गैस टर्बाइन मुख्य रूप से यूक्रेन के सहयोग से हैं। डिज़ाइन सभी रूस में हैं, और कुछ विनिर्माण आधार यूक्रेन के मारिपोल में हैं।

पिछले कुछ दशकों में, जापान के मित्सुबिशी ही एक वास्तविक भारी-उपयोग की गैस टर्बाइन विकसित करने में सफल रहा है, और कावासाकी छोटी आकार की बनाती है, इसलिए अभी भी कुछ बाधाएँ हैं। छोटी और मध्यम आकार की गैस टर्बाइनों का मुख्यतः GE प्रभाव है, खासकर सैन्य उपयोग के लिए। मुख्य डेस्ट्रॉयर्स अधिकतर GE के होते हैं, LM-2500 मॉडल। साइमेंस ने यूके के लिंकॉल्न में कुछ छोटी गैस टर्बाइनें खरीदी हैं, जिनकी क्षमता 15 MW से कम है, और फिन्स्पांग, स्वीडन में कुछ। छोटी गैस टर्बाइनों में सर्वश्रेष्ठ कंपनी अमेरिका की सोलर है, जो अपने ग्राहकों से बहुत करीबी है और दुनिया भर में 15 MW से कम क्षमता वाली छोटी गैस टर्बाइनों के लिए सबसे बड़ा बाजार हिस्सा रखती है।

वर्गीकरण

संरचनात्मक रूप और आउटपुट पावर के अनुसार, गैस टर्बाइनों को तीन श्रेणियों में विभाजित किया जा सकता है: सूक्ष्म, हल्की और भारी। इनमें से, सूक्ष्म और हल्की गैस टर्बाइनों को विमानन इंजनों से संशोधित किया जा सकता है (जिन्हें "एयरो-टू-गैस" भी कहा जाता है), जिनकी शक्ति सामान्यतः 50 मेगावाट से कम होती है, और इनका उपयोग औद्योगिक ऊर्जा उत्पादन, जहाज ऊर्जा, पाइपलाइन बूस्टिंग, टैंक लोकोमोटिव, वितरित ऊर्जा उत्पादन और संयुक्त ऊष्मा और शक्ति में किया जा सकता है। भारी गैस टर्बाइनों की शक्ति 50 मेगावाट से अधिक होती है और इनका उपयोग मुख्य रूप से स्थल पर स्थिर जनरेटर के रूप में किया जाता है, जैसे शहरी विद्युत ग्रिड में।

भारी गैस इंजनों को सामान्यतः तापमान के आधार पर वर्गीकृत किया जाता है। श्रेणी E, F, G और H विभिन्न दहन तापमानों के अनुरूप होते हैं। इंजीनियरिंग के दृष्टिकोण से, मिश्र धातुओं की तापमान सहन क्षमता के आधार पर उन्हें वर्गीकृत करना अधिक उपयुक्त होता है।

चीन में, यह छोटे गैस टर्बाइन हैं। संरचना के आधार पर छोटे गैस टर्बाइनों को सामान्यतः एकल-अक्ष, दोहरे-अक्ष, तिहरे-अक्ष, वायुयान-संशोधित, औद्योगिक में वर्गीकृत किया जाता है, और तापमान के आधार पर इन्हें वर्गीकृत करना असामान्य है क्योंकि भारी-ड्यूटी गैस टर्बाइनों की तुलना में छोटे गैस टर्बाइनों का तापमान इतना अधिक नहीं होता। 30 मेगावाट से कम शक्ति वाले टर्बाइन समभुजाक्षी क्रिस्टल होते हैं, अर्थात् E-ग्रेड। यह पूर्णतः निरपेक्ष नहीं है, और कुछ अधिक उन्नत टर्बाइन F-ग्रेड तक पहुँच चुके हैं। E-ग्रेड का परीक्षण उत्पादन चीन में 1995 में किया गया था। लगभग 50 मेगावाट की शक्ति F-ग्रेड के अनुरूप होती है, जो एक दिशिक क्रिस्टल है। चीन ने 2005 में इस ग्रेड का परीक्षण उत्पादन किया था, और अब हमारे पास ये सभी सामग्रियाँ हैं। सबसे उन्नत गैस टर्बाइन H-ग्रेड तक पहुँच चुके हैं, और हमारे पास अब द्वितीय-पीढ़ी के एकल क्रिस्टल भी हैं।

सामान्यतः, 1 मेगावाट से कम वाले माइक्रो-गैस टर्बाइन कहलाते हैं। विदेशों में माइक्रो-गैस टर्बाइन में निम्न तापमान के कारण इतना अच्छा मिश्र धातु का उपयोग नहीं किया जाता है। वे कुछ विशेष स्टील का उपयोग करते हैं और विरलता से एकसमान क्रिस्टल (equiaxed crystals) का उपयोग करते हैं। लगभग 15 मेगावाट क्षमता वाले टर्बाइनों को छोटे गैस टर्बाइन कहा जाता है, जिनमें मुख्य रूप से एकसमान क्रिस्टल का उपयोग किया जाता है। विदेशों में कुछ विशेष कंपनियाँ ऐसे टर्बाइनों में विशेष स्टील का उपयोग करती हैं, लेकिन चूँकि उनके कोटिंग बहुत अच्छे होते हैं, इसलिए ये टर्बाइन बेहतर बन पाते हैं। छोटे और मध्यम आकार के 30~50 मेगावाट टर्बाइनों में अधिकांशतः दिशात्मक क्रिस्टल, अर्थात् F-ग्रेड का उपयोग किया जाता है। बड़े आकार वाले प्रथम और द्वितीय पीढ़ी के एकल क्रिस्टल का उपयोग करते हैं, जो हमारे घरेलू ब्रांड हैं।

लघु और मध्यम आकार के सूक्ष्म गैस टर्बाइन वितरित ऊर्जा और संयुक्त ऊष्मा और ऊर्जा उत्पादन में अधिकतर उपयोग किए जाते हैं। 30 मेगावाट और 15 मेगावाट से कम क्षमता वाले टर्बाइन अधिकतर सिचुआन में उपयोग किए जाते हैं, जबकि 7 मेगावाट से कम क्षमता वाले अधिकतर चोंगकिंग में उपयोग किए जाते हैं। यह उनके औद्योगिक पार्कों के पैमाने से संबंधित है। लगभग 30 मेगावाट क्षमता वाले टर्बाइन अधिकतर जियांग्सू में उपयोग किए जाते हैं, और 50 मेगावाट से 100 मेगावाट की क्षमता वाले टर्बाइन आमतौर पर गुआंगडोंग के औद्योगिक पार्कों में वितरित ऊर्जा या संयुक्त ऊष्मा और ऊर्जा उत्पादन के लिए उपयोग किए जाते हैं। 100 मेगावाट से अधिक क्षमता वाले टर्बाइन कुछ बड़े ऊर्जा जाल चोटी नियमन के लिए या आधार भार ऊर्जा स्टेशनों के रूप में उपयोग किए जाते हैं। तेल और गैस उद्योग छोटे टर्बाइनों का उपयोग करता है। ऊर्जा के उत्पादन (अपस्ट्रीम) खनन उद्योग में 7 मेगावाट और 15 मेगावाट क्षमता वाले टर्बाइन अधिकतर उपयोग में लाए जाते हैं, जबकि मध्यवर्ती (मिडस्ट्रीम) पाइपलाइन परिवहन में मुख्य रूप से 15 मेगावाट और 30 मेगावाट क्षमता वाले टर्बाइन का उपयोग किया जाता है।

30 MW से कम गैस टर्बाइनों की डिजाइन प्रणाली अपेक्षाकृत परिपक्व है, और प्रक्रिया सामग्री प्रणाली भी अपेक्षाकृत परिपक्व है। OBT का उत्पादन मूल्य 85% तक पहुँच सकता है। औद्योगिक गैस टर्बाइनों को आर्थिक प्रदर्शन, तकनीकी और आर्थिक मूल्यांकन, या लागत प्रदर्शन पर केंद्रित रहना चाहिए, और मुख्य मूल्यांकन सूचकांक उत्पादन मूल्य है।

मध्यम और बड़े आकार के गैस टर्बाइनों के लिए, हमारे पास (देशी) डिज़ाइन सॉफ़्टवेयर, डिज़ाइन विनिर्देशों और कुछ सामग्री और प्रक्रियाओं के डेटाबेस के हमारे डिज़ाइन प्रणाली में थोड़ा संचयन है, इसलिए यह डिज़ाइन प्रणाली बहुत परिपक्व नहीं है और उत्पादन दर अधिक नहीं है। F-स्तर या अभिविन्यासित क्रिस्टल एक जलसंभर है। अभिविन्यासित क्रिस्टल के नीचे, हम अभी भी अंतरराष्ट्रीय प्रतिस्पर्धा में भाग लेने के लिए पर्याप्त आत्मविश्वास रखते हैं। अभिविन्यासित क्रिस्टल से ऊपर, औद्योगिक स्तर पर, हमारे पास अभी भी एक निश्चित अंतर है। यह क्षेत्र राष्ट्रीय टीम को सौंपा गया है। कई केंद्रीय उद्यम कुछ मूलभूत अनुसंधान और विकास कार्य कर रहे हैं, और मूलभूत सामग्री और मूलभूत प्रक्रियाओं में निवेश बहुत बड़ा है।

औद्योगिक श्रृंखला

मेरे देश की गैस टर्बाइन उद्योग आपूर्ति श्रृंखला के ऊपरी स्तर पर, उच्च-तापमान मिश्र धातुओं, टाइटेनियम मिश्र धातुओं, सम्मिश्रित सामग्री, एल्यूमीनियम मिश्र धातुओं और सामान्य इस्पात के निर्माता में गैंगयान गाओना, फुशुन स्पेशल स्टील, बाओटी समूह आदि शामिल हैं। मध्यवर्ती स्तर के भागों और घटकों की कड़ी में, सामग्री को ढलाई, जमावट या अन्य प्रक्रियाओं के माध्यम से टर्बाइन ब्लेड, शाफ्ट और अन्य भागों का निर्माण किया जाता है। ढलाई प्रक्रिया द्वारा ब्लेड और अन्य भागों का निर्माण किया जाता है। प्रमुख घरेलू ढलाई और जमावट निर्माताओं में यिंगलियू कंपनी लिमिटेड, वानज़े कंपनी लिमिटेड, तुनान कंपनी लिमिटेड आदि शामिल हैं। फिर, अधोस्तर के पूर्ण मशीन निर्माता विभिन्न भागों को जोड़कर पूर्ण मशीन का निर्माण करते हैं। प्रमुख निर्माताओं में एईसीसी (AECC), शंघाई इलेक्ट्रिक, हेलन टर्बाइन, हरबिन इलेक्ट्रिक आदि शामिल हैं।

ऊपरी उद्योग, विशेष रूप से उच्च-तापमान संकर धातुएँ, उच्च-तापमान टाइटेनियम संकर धातुएँ, थर्मल बैरियर कोटिंग और अग्रणी केरेमिक संयुक्त सामग्री, राष्ट्रीय रक्षा उद्योग और उच्च-स्तरीय उपकरण निर्माण में प्रमोशन करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। घरेलू गैस टर्बाइन ज्यादातर विद्युत उत्पादन के लिए उपयोग की जाती हैं, और कुछ कम संख्या में तेल और गैस क्षेत्रों में पानी की पम्पिंग, हवा का इनजेक्शन, दबाव बढ़ाने, और जहाज और टैंक की शक्ति के लिए उपयोग की जाती हैं। फोकस वितरण वाले विद्युत उत्पादन, ऊष्मा और विद्युत की संयुक्त उत्पादन, प्राकृतिक गैस पाइपलाइन परिवहन, जहाज की प्रणोदन और यांत्रिक ड्राइव पर है। दृष्टिकोण। हमारे देश की गैस टर्बाइन वितरण ऊर्जा प्रदान, दबाव स्टेशन, और औद्योगिक विद्युत उत्पादन आदि क्षेत्रों में बड़ी बाजार क्षमता है, और नीतियां उद्योग के तेजी से विकास का समर्थन करती हैं। हमारे देश की वर्तमान बड़ी परियोजनाएं जैसे "पश्चिम से पूर्व गैस परिवहन", "पश्चिम से पूर्व विद्युत परिवहन" और "दक्षिण से उत्तर पानी परिवहन" और हमारे देश की जहाज निर्माण उद्योग का तेजी से विकास हमारे देश की गैस टर्बाइन की मांग में तेजी से वृद्धि कर रही है।

औद्योगिक नीति

14वीं पंचवर्षीय योजना के आधुनिक ऊर्जा प्रणाली में गैस टर्बाइनों को एक प्रमुख प्रौद्योगिकी के रूप में सूचीबद्ध किया गया है, जो इसे मूल रूप से परमाणु ऊर्जा, नए बिजली प्रणाली, ऊर्जा भंडारण और हाइड्रोजन ऊर्जा के समान स्तर पर स्थापित करता है।

राज्य विद्युत निवेश निगम ने दो विशेष परियोजनाएं की हैं, एक भारी गैस टर्बाइनों के लिए एक प्रमुख परियोजना है, जिसमें हाइड्रोजन-मिश्रित गैस टर्बाइन भी शामिल है। अंतर मंगोलिया में एक शुद्ध हाइड्रोजन टर्बाइन बनाई गई है, लेकिन अभी तक इसे संचालन नहीं किया गया है। जिंगमेन विद्युत संयंत्र में 15% मिश्रण किया गया है। हरबिन इलेक्ट्रिक और ग्वांगडॉनग इलेक्ट्रिक समूह, जो ग्वांगडॉनग ऊर्जा समूह है, ने डाया बे में एक हाइड्रोजन-मिश्रण परियोजना की है, और हांगzhou भाप टर्बाइन और साइमेंस ने Zhoushan में एक हाइड्रोजन-मिश्रण परियोजना की है।

गैस टर्बाइनों का पश्चिम-पूर्व गैस पाइपलाइन और अपशोर तेल प्लेटफार्मों में बड़े पैमाने पर उपयोग किया जाता है। सीएनओओसी, एक सैन्य-संबंधी उद्योग के रूप में, अमेरिका द्वारा भी जाँच की गई है और आपूर्ति कटौती के खतरे का सामना कर रही है। रूसी-यूक्रेन युद्ध के दौरान, रूस द्वारा खरीदी गई साइमेंस गैस टर्बाइनों को कनाडा में मरम्मत के लिए भेजने पर गिरफ्तार कर लिया गया, जिसने ऊर्जा सुरक्षा पर प्रभाव डाला। स्थानीयकरण को जल्द से जल्द किया जाना चाहिए।

बाजार स्पेस

2022 में, हमारे देश की गैस टर्बाइन उत्पादन 4.0563 मिलियन किलोवाट होगा, और मांग लगभग 6.7986 मिलियन किलोवाट होगी।

आँकड़ों के अनुसार, 2022 में हमारे देश की गैस टर्बाइन बाजार का आकार 61.669 बिलियन युआन था, जिसमें माइक्रो गैस टर्बाइन का बाजार आकार 8.93 बिलियन युआन था, हल्की गैस टर्बाइन का बाजार आकार 56.569 बिलियन युआन था, और भारी गैस टर्बाइन का बाजार आकार 4.207 बिलियन युआन था।

मेरा देश अब स्वतंत्र रूप से हल्के गैस टर्बाइन (50 मेगावाट से कम शक्ति) का उत्पादन कर सकता है। कम श्रेणी वालों का निर्यात भी किया जा सकता है, लेकिन भारी गैस टर्बाइन (50 मेगावाट से अधिक शक्ति) अभी भी मूल रूप से आयात पर निर्भर हैं। मूल तकनीक मूल रूप से अंतरराष्ट्रीय निर्माताओं जैसे संयुक्त राज्य अमेरिका में जीई, जापान में मित्सुबिशि और जर्मनी में सिमेंस द्वारा एकाधिकार के रूप में नियंत्रित है। घरेलू बाजार में "दबाव" का खतरा मौजूद है। सामान्य सीमा शुल्क प्रशासन के आंकड़ों के अनुसार, 2022 में गैस टर्बाइन के आयात 4.161 बिलियन अमेरिकी डॉलर और निर्यात 735 मिलियन अमेरिकी डॉलर होगा।